大內高手記憶體模型

大內高手

—記憶體模型

作者****：李先靜

2007-7-9 了解

linux

的記憶體模型，或許不能讓你大幅度提高程式設計能力，但是作為乙個基本知識點應該熟悉。坐火車外出旅行時，即時你對沿途的地方一無所知，仍然可以到達目標地。但是你對整個路途都很比較清楚的話，每到乙個站都知道自己在**，知道當地的風土人情，對比一下所見所想，旅程可能更有趣一些。

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的記憶體模型，你知道每塊記憶體，每個變數，在系統中處於什麼樣的位置。這同樣會讓你心情愉快，知道這些，有時還會讓你的生活輕更鬆些。看看變數的位址，你可以大致斷定這是否是乙個有效的位址。乙個變數被破壞了，你可以大致推斷誰是犯罪嫌疑人。

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的記憶體模型，一般為：

位址作用

說明》=0xc000 0000

核心虛擬儲存器

使用者**不可見區域

<0xc000 0000

stack

（使用者棧）

esp指向棧頂 ↓

↑空閒記憶體

>=0x4000 0000

檔案對映區

<0x4000 0000

↑ 空閒記憶體

heap(

執行時堆)

通過brk/sbrk

系統呼叫擴大堆，向上增長。

.data

、.bss(

讀寫段)

從可執行檔案中載入

>=0x0804 8000

.init

、.text

、.rodata(

唯讀段)

從可執行檔案中載入

<0x0804 8000

保留區域

很多書上都有類似的描述，本圖取自於《深入理解計算機系統》

p603

，略做修改。本圖比較清析，很容易理解，但仍然有兩點不足。下面補充說明一下：

1.第一點是關於執行時堆的。

為說明這個問題，我們先執行乙個測試程式，並觀察其結果：

stdio

.h>

intmain

(int

argc

char

argv)

執行後，輸出結果為：

main=0x8048404 print=0x8048324

first=0xbfcd1264

p0=0x9253008 p1=0xb7ec0008 p2=0x97ebf008 p3=0x57ebe008

lmain

和print

兩個函式是**段

(.text)

的，其位址符合表一的描述。

lfirst

是第乙個臨時變數，由於在

first

之前還有一些環境變數，它的值並非

0xbfffffff

，而是0xbfcd1264

，這是正常的。lp0

是在堆中分配的，其位址小於

0x4000 0000

，這也是正常的。l但

p1和p2也是在堆中分配的，而其位址竟大於

0x4000 0000

，與表一描述不符。

原因在於：執行時堆的位置與記憶體管理演算法相關，也就是與

malloc

的實現相關。關於記憶體管理演算法的問題，我們在後繼文章中有詳細描述，這裡只作簡要說明。在

glibc

實現的記憶體管理演算法中，

malloc

小塊記憶體是在小於

0x4000 0000

的記憶體中分配的，通過

brk/sbrk

不斷向上擴充套件，而分配大塊記憶體，

malloc

直接通過系統呼叫

mmap

實現，分配得到的位址在檔案對映區，所以其位址大於

0x4000 0000。從

maps

檔案中可以清楚的看到一點：

00514000-00515000 r-xp 00514000 00:00 0

/lib/ld-2.3.5.so

/lib/libc-2.3.5.so

0076a000-0076c000 rwxp 0076a000 00:00 0

/root/test/mem/t.exe

[heap]

57e2f000-b7f35000 rw-p 57e2f000 00:00 0

b7f44000-b7f45000 rw-p b7f44000 00:00 0

[stack]

第二是關於多執行緒的。

現在的應用程式，多執行緒的居多。表一所描述的模型無法適用於多執行緒環境。按表一所述，程式最多擁有上

g的棧空間，事實上，在多執行緒情況下，能用的棧空間是非常有限的。為了說明這個問題，我們再看另外乙個測試：

stdio

.h>

void

thread_proc

(void

param)n

intmain

(int

argc

char

argv);

printf

("first=%p/n"

, &first

);for(i

ini++)

for(ii

ni++)return}

執行後，輸出結果為：

first=0xbfd3d35c

(0xb7f2cbb0): first=0xb7f2c454

(0xb7f2cbb0): p0=0x84d52d8 p1=0xb4c27008

(0xb752bbb0): first=0xb752b454

(0xb752bbb0): p0=0x84d56e0 p1=0xb4b26008

(0xb6b2abb0): first=0xb6b2a454

(0xb6b2abb0): p0=0x84d5ae8 p1=0xb4a25008

(0xb6129bb0): first=0xb6129454

(0xb6129bb0): p0=0x84d5ef0 p1=0xb4924008

(0xb5728bb0): first=0xb5728454

(0xb5728bb0): p0=0x84d62f8 p1=0xb7e2c008

我們看一下

: 主線程與第乙個執行緒的棧之間的距離：

0xbfd3d35c - 0xb7f2c454=0x7e10f08=126m

第乙個執行緒與第二個執行緒的棧之間的距離：

0xb7f2c454 - 0xb752b454=0xa01000=10m

其它幾個執行緒的棧之間距離均為

10m。

也就是說，主線程的棧空間最大為

126m

，而普通執行緒的棧空間僅為

10m，超這個範圍就會造成棧溢位。

棧溢位的後果是比較嚴重的，或者出現

segmentation fault

錯誤，或者出現莫名其妙的錯誤。

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